1 000 MW 機組凝結水泵變頻改造試驗分析

宋宜璇，畢孝國，于舒普

（1.沈陽工程學院a.能源與動力學院；b.新能源學院，遼寧 沈陽 110136；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179）

發電廠最主要的耗電設備是風機和水泵，火電機組配備的各種輔助設備的經濟運行與廠用電的能耗息息相關，隨著電力行業改革的深化，發電廠降低發電成本是必要的目標。

某電廠1 000 MW 機組的凝結水泵泵組的主要參數如表1所示。

表1 凝結水泵泵組主要設備參數

在原有水泵轉速投入變頻運行時，振動和耗電量較大，嚴重影響了變頻改造的節能效果。為了分析凝結水泵變頻調速的振動原因，在機組停機檢修期間，對3 臺凝結水泵進行了振動測試，針對耗電量大的問題尋找原因。根據試驗結果，進行改造可行性分析后，改變凝結水泵的壓力值，觀察振動情況，進行合理的調頻，可以提高凝結水泵運行的經濟性，實現其變頻節能的目的。

1 問題分析及變頻試驗方案

1.1 節能優化前狀態

3#機組凝結水泵變頻改造后，在1 100 rpm～1 280 rpm 運行時振動大，只能在1 280 rpm 以上投入變頻運行，嚴重影響了變頻改造的節能效果。為了分析凝結水泵變頻調速的振動原因，在機組停機檢修期間，對3 臺凝結水泵進行了振動測試。測試結果表明：各泵電機單轉時，都有明顯的兩個結構共振轉速，振動頻譜比較簡單，主要為工頻成分。帶泵運行時，結構共振轉速比電機單轉時稍高，振動頻譜比較復雜，有明顯的低頻成分及倍頻成分，尤其是33#泵。

1.2 試驗方案

根據泵的相似理論，泵的轉速改變時，其性能參數之間的關系：流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比。因此，采用改變轉速來改變水泵運行的工況點。

為了進一步分析泵的運行方式對振動的影響，優化凝結水泵變頻運行控制方式，于9 月10 日～9月11 日對凝結水泵在4 個負荷工況下進行了變頻試驗。試驗結果表明：維持凝結水母管壓力不低于1.7 MPa，在500 MW 負荷時凝結水泵的轉速由1 345 rpm 降低到1 020 rpm，31#泵消耗的功率由985 kW 下降到460 kW，節電520 kW；33#泵消耗的功率由942 kW 下降到435 kW，節電507 kW。在此期間，泵電機端的振動波動較大，但最高值不超過70 μm。

1.3 試驗工況

2 個試驗工況點的負荷分別是900 MW 和500 MW。泵轉速、電機電流、凝結水壓力和除氧器水位等運行參數均通過DCS 系統采集，泵組的振動通過振動傳感器及振動儀表連續監測記錄?，F場安裝了6 個振動傳感器，分別測量兩臺泵的電機軸承的兩個方向（水流方向和垂直水流方向），以及電機下支架水流方向的振動，在31#泵安裝了光電傳感器測量泵的轉速。所有傳感器采集到的信號都接入SKVMA 振動數據采集單元進行連續監視和記錄。

1.4 振動標準

振動標準采用《機械振動在非旋轉部件上測量評價機器的振動第3 部分：額定功率大于15 kW 額定轉速在120 r/min 至15 000 r/min 之間的在現場測量的工業機器》（GB/T 6075.3-2011）和《機械振動在非旋轉部件上測量評價機器的振動第7 部分：工業應用的旋轉動力泵（包括旋轉軸測量）》（GB/T 6075.7-2015）。

2 凝結水泵變頻試驗及結果分析

2.1 900 MW負荷變頻試驗

試驗前，凝結水母管壓力為3.1 MPa，凝結水泵轉速為1 450 rpm，31#凝結水泵的電功率為1 403 kW，33#凝結水泵的電功率為1 355 kW，31#泵電機軸承振動在13 μm～35 μm 波動，33#泵電機軸承振動在25 μm～52 μm波動。

試驗過程中，通過改變凝結水母管壓力設定值來逐漸降低凝結水母管壓力，增大除氧器水位調節閥開度，每改變1個壓力值，記錄1次各相關運行參數，直至除氧器水位調節閥全開，凝結水壓力降至2.1 MPa，凝結水泵轉速為1 264 rpm。此時，31#凝結水泵的電功率為945 kW，電機軸承振動在22 μm～32 μm 波動；33#凝結水泵電功率為907 kW，電機軸承振動在28 μm～41 μm波動。

2 臺泵的振動在試驗期間變化不大。隨著泵轉速的降低，振動波動區間稍有下降。33#泵的振動比31#泵的振動稍大。試驗過程中，33#泵的最大振動為52.8 μm，33#泵的最大振動為37.4 μm。試驗過程中的振動趨勢如圖1～圖6所示。

圖1 31#凝結水泵電機軸承振動（水流方向）趨勢

圖2 31#凝結水泵電機軸承振動（垂直水流方向）趨勢

圖3 31#凝結水泵電機下支架振動（水流方向）趨勢

圖4 33#凝結水泵電機軸承振動（水流方向）趨勢

圖5 33#凝結水泵電機軸承振動（垂直水流方向）趨勢

圖6 33#凝結水泵電機下支架振動（水流方向）趨勢

試驗期間，除氧器水位和凝汽器水位保持平穩，低壓軸封供汽溫度平穩。汽泵密封水滿足要求，31#汽泵的兩個密封風水調節閥的開度由48%和50.6%開大到56%和63%，33#汽泵的兩個密封風水調節閥的開度由52.4%和56.4%開大到65%和69%，兩臺汽泵密封水的回水溫度基本沒變，保持在55 ℃左右。試驗期間的運行參數如表2所示。

表2 機組負荷為900 MW工況下凝結水泵變頻試驗相關參數

表2（續）

2.2 試驗結果分析

負荷工況為900 MW 時，除氧器水位調節閥全開，對應的凝結水母管壓力設定值為2.1 MPa，壓力設定值的調節過程為優化邏輯設定提供了試驗數據，使凝結水泵的變頻節能實現了最大化。

在機組啟動前的泵試轉過程中發現：各泵的電機單轉時都有明顯的兩個結構共振轉速，31#泵的共振轉速為849 rpm，32#泵的共振轉速為830 rpm，33#泵的共振轉速為750 rpm。泵組試轉時，結構共振轉速比電機單轉時高50 rpm 左右，也就是說3臺泵的共振轉速均在950 rpm以內。

在凝結水泵變頻試驗期間，最低轉速降至1 007 rpm，泵的振動值一直在波動。通過頻譜分析發現：振動頻譜比較復雜，工頻振動數值不大且穩定，波動的主要部分是低頻成分。在每個工況的試驗過程中，隨著泵轉速的降低，除氧器水位調節閥的開度增大，振動波動幅度變小，尤其是33#泵，其振動雖然還是比較大，但是在啟動前試轉的過程中出現的振動大幅波動的現象并沒有出現，可見泵的運行方式對振動是有一定影響的。

對于凝結水泵變頻運行的建議：在900 MW 工況時，除氧器水位調節閥全開或保持一個較大的開度，凝結水泵變頻控制除氧器水位：凝結水母管壓力設定值需根據負荷建立一個函數關系實現自動控制，且可以手動更改。在凝結水泵變頻邏輯未作改動前，可以按照本次試驗最優值設定母管壓力值，即2.1 MPa，以達到節能效果。

3 結論

本次試驗結果表明：機組以900 MW 負荷運行時，母管壓力值設定為2.1 MPa，可以使除氧器水位調節閥全開，以變頻控制凝結水泵轉速的方式調節除氧器水位，達到節能的目的。通過試驗前后的對比可知：每臺泵可減少耗電量450 kW。由此可見，通過改變壓力設定值，調節轉速，進行振動及性能分析，從技術可行性和經濟可行性角度論證了進一步降低轉速可以達到節能效果，為實施變頻改造決策提供了試驗方案和借鑒。